[论文解读] The QCD equation of state and the effects of the charm

Szabolcs Borsányi, Gergely Endrődi+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 18被引用 11

一句话总结

本论文利用改进的格点QCD作用量，提出了具有$N_f=2+1$味的QCD的连续极限方程态（EOS），并报告了首次包含底夸克的$N_f=2+1+1$EOS的全动态模拟。结果与强子共振气模型高度一致，表明底夸克效应仅在$\sim300$ MeV以上才变得显著，且未观察到显著的离散化或有限尺寸效应。

ABSTRACT

We present an update on the QCD equation of state of the Wuppertal-Budapest Collaboration, extending our previous studies [JHEP 0601 (2006) 089, JHEP 1011 (2010) 077]. A Symanzik improved gauge and a stout-link improved staggered fermion action is utilized. We discuss partial quenching and present preliminary results for the fully dynamical charmed equation of state.

研究动机与目标

• 利用改进的格点作用量，精确计算$N_f=2+1$味QCD的连续极限方程态（EOS）。
• 研究将底夸克作为动力学自由度引入QCD方程态的影响。
• 评估部分对称近似对底夸克效应的可靠性，并与全动态结果进行比较。
• 验证在温度高达$\sim300$ MeV时，$N_f=2+1+1$EOS中不存在有限尺寸效应和离散化误差。

提出的方法

• 对$N_f=2+1$和$N_f=2+1+1$QCD模拟采用Symanzik改进的规范作用量和stout-link改进的阶梯费米子作用量。
• 对不同$N_t$值的格点数据应用三次样条插值，并通过改变插值参数来系统估计误差。
• 采用$O(a^2)$拟合形式进行连续极限外推，以消除格点间距带来的误差。
• 使用积分技术结合减去的规范和夸克凝聚作用量，计算压强和迹反常。
• 在$N_t=8$下进行有限体积研究，采用不同纵横比，以检验有限尺寸效应。
• 将部分对称结果（仅在价夸克中包含底夸克）与全动态模拟结果进行比较，以分离海底夸克的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 将底夸克作为动力学自由度引入后，对QCD方程态有何影响？
• RQ2 部分对称近似对底夸克效应的偏差程度如何？与全动态结果的差异由何原因造成？
• RQ3 在QCD方程态中，底夸克效应在何种温度下变得显著？
• RQ4 在高温下，$N_f=2+1+1$EOS的结果是否完全不受有限尺寸效应和离散化误差的影响？
• RQ5 格点QCD对$N_f=2+1$EOS的结果与强子共振气（HRG）模型预测的符合程度如何？

主要发现

• 经过连续极限外推后，$N_f=2+1$方程态与物理强子共振气模型预测高度一致。
• 有限体积效应不存在，因为$N_t=8$下两种不同体积的结果完全一致。
• 部分对称结果在低温下与全动态结果存在显著偏差，主要源于物理常数线（LCP）的偏移。
• 将底夸克作为动力学海夸克引入后，在物理单位下至$\sim300$ MeV范围内影响可忽略，且未观察到显著的离散化误差。
• $N_f=2+1+1$EOS与$N_f=2+1$连续极限估计在$\sim300$ MeV以内高度一致，偏差仅在该温度以上出现。
• 首次计算了全动态$N_f=2+1+1$方程态，表明底夸克效应仅在约300 MeV附近变得显著，与微扰估算一致。